【正文】 溫度傳感器介紹 溫度傳感器是利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器，它是溫度測量儀表的核心部分。在系統(tǒng)中采用了 DS1302時鐘芯片，該實時時鐘電路是 DALLAS 公司的一種具有涓細(xì)電流充電能力的電路，主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能，采用普通 晶振。這種系統(tǒng)的驗證處理可以被分解為三個主要部分。重新設(shè)計的費用可以高達(dá) 500K 美元，如果產(chǎn)品族享有同樣內(nèi)核或外圍設(shè)計缺陷的話，費用會更高。AT89C51 尤其很好適用于得益于它的處理速度和增強(qiáng)型片上外圍功能集，諸如：汽車動力控制，車輛動態(tài)懸掛，反鎖制動和穩(wěn)定性控制應(yīng)用。 8 位 AT89C51 CHMOS 工藝單片機(jī)被設(shè)計用于處理高速計算和快速輸入 /輸出。 該方案是以單片機(jī)為核心，通過速度傳感器將所感應(yīng)到的速度傳送到單片機(jī)當(dāng)中，通過單片機(jī)的處理計算并通過顯示器將所計算的速度和里程顯示出來。 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 系統(tǒng)方案 系統(tǒng)主要分成四個模塊，分別是時鐘模塊、溫度模塊、速 度模塊、顯示模塊。 本設(shè)計的具體要求如下： (1) 對自行車進(jìn)行實時速度的測量，顯示出速度值。相信未來的測速儀會受到更多人的青睞，也將成為人類社會生活中的必需品。隨著它在電子消費市場上的應(yīng)用越來越廣，如何控制功耗和成本將是廠商面臨的挑戰(zhàn)。所設(shè)計的基于霍爾元件的脈沖發(fā)生器要求具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、性能好等特點。本設(shè)計采用頻率法，檢測的是輸入脈沖數(shù)，這種方式又稱頻率法。 課題的發(fā)展概況 隨著微型計算 機(jī)可靠性提高和價格下降，用單片機(jī)測量電機(jī)轉(zhuǎn)速技術(shù)已經(jīng)成熟，但是這種技術(shù)目前主要還是用于工業(yè)生產(chǎn)方面，測速裝置用于生活中還是少之又少。并根據(jù)外界環(huán)境如溫度、風(fēng)速等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)運動方式，以達(dá)到最佳運動效果。且在人口眾多的中國，人們的經(jīng)濟(jì)水平與西方國家還存在著一定的差距，人們使用的交通工具主要還是自行車，它輕巧便捷、使用簡單、環(huán)保，深受大 多數(shù)人的喜愛，同時也可以作為休閑運動工具，是人們鍛煉身體的一種重要的工具。使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運作。以AT89C51 單片機(jī)為核心，實現(xiàn)對自行車?yán)锍?、速度、時間、溫度等參數(shù)的測量，并能簡單的將里程及速度用 LCD 實時顯示。 在本文 中詳細(xì)介紹了測速儀的硬件電路和軟件設(shè)計。仿真，所設(shè)計的硬件電路及軟件程序是正確的，實際的硬件電路中也基 本上能夠滿足設(shè)計要求。但隨著社會的發(fā)展，人們追求的是集成更多功能于一體的自行車，它能顯示當(dāng)前車子行駛的速度、里程、行車時間、最高行駛速度，甚至還有 GPS 全球定位系統(tǒng)、 MP短信、新聞播報等娛樂功能。測速裝置是對運動中幾個參數(shù)進(jìn)行測定。欲提高測量精度，必須先測出準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)速，而原先在可控硅調(diào)速電路中采用的測速發(fā)電機(jī)方式已不能滿足要求，必須采用數(shù)字測速的方法。它測 出一定時間內(nèi)外界所輸入的脈沖的個數(shù)。 2 由于需要采用霍爾傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域，如汽車、電機(jī)、手機(jī)和電腦都已經(jīng)采用了該器件，而且這些市場在未來幾年的增長較為穩(wěn)定，而其他一些新的應(yīng)用市場又不足以與上述幾個市場相比，因此霍爾傳感器在全球總的市場份額是較為穩(wěn)定的，每年的增長率基本上保持在 5%到 10%之間。而且，它還面臨生產(chǎn)測試技術(shù)方面的挑戰(zhàn)。 研究的主要內(nèi)容 設(shè)計主要任務(wù)是利用單片機(jī)、時鐘芯片、溫度傳感器等部件設(shè)計的一個可用LCD 顯示時間溫度，行駛里程及速度的自行車測速儀。 (2) 能夠計算單次使用自行車的路程。溫度及速度模塊通過外部傳感器對相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行測量，將物理信號轉(zhuǎn)換為電信號3 輸入單片機(jī)，單片機(jī)對輸入的電信號進(jìn)行處理，最后通過顯示器輸出顯示。時間和溫度的顯示是通過時鐘芯片和溫度傳感器并以單片機(jī)為核心通過顯示器顯示而按鍵用于調(diào)整時間。 MCS51 單片機(jī)典型的應(yīng)用是高速事件控制系統(tǒng)。由于這些決定性應(yīng)用，市場需要一種可靠的具有低干擾潛伏響應(yīng)的費用 效能控制器，服務(wù)大量時間和事件驅(qū)動的在實時應(yīng)用需要的集成外圍的能力，具有在單一程序包中高出平均處理功率的中央處理器。另外，部件的替代品領(lǐng)域是極其昂貴的，因為設(shè)備要用來把模塊典型地焊接成一個總體的價值比各個部件高幾倍。系統(tǒng)的類型和應(yīng)用需求決定了能夠在設(shè)備上執(zhí)行的測試類型。 DS1302 時鐘芯片是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM的實時時 鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為 ～ 。由于品種繁多，所以在工業(yè)應(yīng)用中溫度傳感器分類的方式方法有很多種。可以分別在 ms和 750 ms 內(nèi)完成 9 位和 12 位的數(shù)字量，并且從 DS18B20 讀出的信息或?qū)懭隓S18B20 的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接 的 DS18B20 供電，而無需額外電源。 5 (2) 多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的總線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能。 (6) 負(fù)電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 設(shè)計中采用了霍爾傳感器進(jìn)行測速，它具有對磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點，因此，在測量、自動化、計算機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。而應(yīng)該采用液晶屏顯示，現(xiàn)在液晶顯示屏種類繁多， 1286 1602 等都是常用的液晶顯示屏。因此，系統(tǒng)采用 1602 液晶顯示。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。 RST：復(fù)位輸入。在平時， ALE 端7 以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。由于設(shè)計采用 STC 單片機(jī)，此系列單片機(jī)具有掉電自動復(fù)位的功能，所以在單片機(jī)中并未設(shè)計復(fù)位電 路。圖中的兩個按鍵是調(diào)8 節(jié)時鐘芯片的時間。 DS1302 由 VCC1 或 VCC2 兩者中的較大者供電。RST 是復(fù)位 /片選線，通過把 RST 輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。上電運行時，在VCC 之前， RST 必須保持低電平。 9 圖 4 DS1302 引腳圖 DS1302 控制字如表 1 所示。 (4) 位 0（最低有效位）：如為 0，表示要進(jìn)行寫操作，為 1 表示進(jìn)行讀操作。 DS1302 有關(guān)日歷、時間的寄存器如表 2 所示。 (2) 小時寄存器（ 85h、 84h）的位 7用于定義 DS1302是運行于 12小時模式還10 是 24小時模式。 (3) 控制寄存器（ 8Fh、 8Eh）的位 7是寫保護(hù)位（ WP），其它 7位均置為 0。 所謂突發(fā)模式是指一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和 RAM 數(shù)據(jù)。若進(jìn)行單字節(jié)傳送， 8 位命令字節(jié)傳送結(jié)束之后，在下 2 個 SCLK 周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下 8 個 SCLK 周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。可以用老式電腦主板上的 充電電池。初始化后就可以按正常方法調(diào)整時間。但所仿真的功能基本一樣，只是仿真圖的排列方式更便于電路的連接。 (2) GND 為電源地。 (2) DS18B20 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，如表 4 所示，以DQ 2 GND 1 VCC 3 12 ℃ /LSB 形式表達(dá)，其中 S 為符號位。 表 5 DS18B20 溫度對照表 TEMPERATURE DIGITAL OUTPUT(Binary) DIGITAL OUTPUT(Hex) +℃ 0000 0000 1010 1010 00AAh +℃ 0000 0000 0011 0010 0032h +℃ 0000 0000 0000 0001 0001h 0℃ 0000 0000 0000 0000 0000h ℃ 1111 1111 1111 1111 FFFFh ℃ 1111 1111 1100 1110 FFCEh ℃ 1111 1111 1001 0010 FF92h DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器： DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存 RAM和一個非易失性的可電擦除的 EEPROM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、 TL 和結(jié)構(gòu)寄存器。復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500 微秒，然后釋放，當(dāng) DS18B20 收到信號后等待 16～ 60 微秒左右，后發(fā)出 60～ 240 微秒的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號表示復(fù)位成功。 指令集如表 6 和表 7 所示。 寫暫存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部 RAM 的 4 字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)數(shù)據(jù)。 溫度 LSD（ 50h） 溫度 LSD（ 05h） TH用戶字節(jié) 1 TH用戶字節(jié) 2 配置寄存器 保留位（ FFh） 保留位（ 0Ch） 保留位（ 10h） CRC TH用戶字節(jié) 1 TH用戶字節(jié) 2 配置寄 存器 EEPROM 高速暫存器（上電狀態(tài)） 14 表 7 ROM 指令表 指令 代碼 操作說明 溫度轉(zhuǎn)換 44H 開始 啟動 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換 讀 ROM 33H 讀 ROM 內(nèi)容 匹配 ROM 55H 對指定器件操作 跳過 CCH 跳過器件識別 讀暫存器 BBH 讀暫存器內(nèi)容 寫暫存器 4EH 數(shù)據(jù)寫入暫存器的 TH、 TL 字節(jié) 復(fù)制暫存器 48H 把暫存器的 TH、 TL 字節(jié)寫到 ROM 重寫調(diào)用 RAM B8H 把 RAM 中的 TH、 TL 字節(jié)寫到暫存器 TH、 TL字節(jié) DS18B20 硬件連接圖 圖 8 是 DS18B20 的電路連接圖，是測量外界環(huán)境溫度的模塊。 圖 8 DS18B20 電路連接圖 速度模塊設(shè)計 霍爾元件介紹 根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾元件。可應(yīng)用于汽車工業(yè)和軍事工程中。霍爾器件作為一種轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的傳感器，它有結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便等優(yōu)點，因此選用霍爾傳感器檢測脈沖信號，其基本的測量原理如圖 10 所 示，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，帶動傳感器運動，產(chǎn)生對應(yīng)頻率的脈沖信號，經(jīng)過信號處理后輸出到計數(shù)器或其他的脈沖計數(shù)裝置，進(jìn)行轉(zhuǎn)速的測量。根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，將一塊永久磁鋼固定在自行車的輪轂上，隨著自行車輪子的轉(zhuǎn)動，磁鋼也隨著輪子同步轉(zhuǎn)動，在自行車車體上安裝一個 霍爾傳感器，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動時，受磁鋼的影響霍爾傳感器會輸出脈沖信號，其頻率和轉(zhuǎn)速成正比。其大小和外磁場及電流大小成比例。其中 out 引腳為霍爾傳感器的脈沖輸出引腳，且必須接入上拉電阻。通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 在仿真圖中 LCD1602 元件是只有 14 個引腳，而實際的 LCD1602 是 16 個引腳。 主電路圖 圖 13 主電路圖18 圖 13 為主電路圖，根據(jù)此圖能夠看出改系統(tǒng)分成四個模塊，速度模塊、顯示模塊、時鐘 模塊、溫度模塊，圖中兩個按鈕可分別調(diào)節(jié)時間的 “小時 ”與 “分鐘 ”。但是由于理論知識水平有限，沒能成功設(shè)計有外界輸入設(shè)定使用者的自行車車輪的直徑數(shù)。 程序設(shè)計流程圖如圖 15 所示。 程序流程圖如圖 16 所示。調(diào)時功能是通過脈沖檢測，每當(dāng)按鍵按下一次，該數(shù)據(jù)口電平為零，數(shù)據(jù)加一。由于設(shè)計時欠考慮，所以調(diào)時按鍵只設(shè)計了 2 個， 分別為 “小時 ”和 “分鐘 ”，按鍵只能一直 “加一 ”直至為 0，而未設(shè)計 “減一 ”按鍵。系統(tǒng)的調(diào)試與仿真結(jié)果基本符合設(shè)計要求。在整個過程中，本人不僅對單片機(jī)控制 系統(tǒng)的每一個細(xì)節(jié)有了比較深入的掌握，而且對關(guān)于系統(tǒng)擴(kuò)展的相關(guān)知識有了感性的認(rèn)識，不僅掌握了大量的專業(yè)知識，更學(xué)會了系統(tǒng)模塊化設(shè)計的基本思想。 sbit lcdrs=P2^6。 sbit ds_io=P2^4。 sbit dq=P2^2。 uchar ,inf,num=0。 //轉(zhuǎn)數(shù) long int scounter。 //速度 uchar cflag。 uchar t_min=0x59,min1,min2。x0。 } BOOL lcd_bz() {